分解到每一层!看透显卡PCB的奥秘

分解到每一层!看透显卡PCB的奥秘

从上到下依次为:8800Ultra、HD2900XT、X1950XTX

继续增加显存位宽,对PCB的承受力又是一次严峻的考验,G80和R600都是怪兽级核心,供电的负担也非常沉重。NVIDIA给384Bit的8800GTX/Ultra使用了加长型的12层PCB,而AMD在512Bit的HD2900XT上首次启用14层PCB!现在大家就可以直观的看到,14层PCB的优势就在于集成度更高,HD2900XT无论位宽还是功耗都比8800Ultra大,但是PCB反而控制得更短。

● PCB板的层数越多越好吗?

通过上面的实例分析就可以了解到,PCB设计成多少层完全是由线路复杂程度决定的,如果4层板无法排布密密麻麻的走线,那么就必须多开几层,使用6层板,此时6层板就给研发人员提供了广阔的空间,从而能够合理的细分数据线路,最大限度的降低信号串扰。

如果6层板已经足够用了,那么使用8层板就是一种浪费。PCB层数越多,可容纳的线路也越多,但不同层PCB板的交迭,加深了线路设计的难度。如不小心弄巧成拙,可能会发生8层板与6层板的功能/性能完全一样,却徒增不少成本。当然成本倒还是其次,关键更多层的PCB在沾合时对精度要求更高,而且线路损耗增大,实际上数据线在各层之间绕来绕去反而不利于信号传输。

因此,通常大家说多层PCB能够降低干扰、提高稳定性,其实也是相对而言的,要具体问题具体分析。HD3870核心频率高达800MHz、GDDR4显存达到了2250MHz,8层足够了何必用10层呢?对于8800GTX/Ultra这种顶级显卡来说,NVIDIA没必要在PCB上节约成本,12层就够了没必要用14层,因此PCB层数多少根性能好坏、做工优劣并无直接关系

上页所举的例子都是NVIDIA/ATI公版显卡,对于非公版来说,可选择方案就非常多了。由于公版卡用料冗余,所以厂商在设计非公版PCB时,大多会选择降低PCB层数,但如果把比公版PCB低的非公版都定义为缩水的话,未免有些偏颇了。

● 罕见的PCB加层显卡:8层板8600GT

公版8600GT和更高频的8600GTS都是6层PCB设计,一些便宜的低频8600GT采用了4层PCB设计,但也有些特殊的8600GT竟使用了8层PCB,我们不禁要问这有必要吗?

七彩虹8600GT mini精致版为8层PCB设计

这不是款普通显卡,为了把128Bit中端卡的PCB压缩,做成HTPC用的刀卡,由于PCB面积直接缩小一半,集成度大增,6层布线捉襟见肘,此时使用8层虽然成本增加,但有助于提高稳定性、并保证刀卡的频率不低于普通全高卡,对于HTPC用户来说无疑是极具吸引力的。

● 超越公版的PCB减层显卡:8层板9600GT

前文中曾提到过,频率/功耗远高于9600GT的HD3870,都只采用了8层PCB,而公版9600GT居然不惜工本使用10层PCB,着实让人有些意外。

公版9600GT的供电部分空空荡荡,实际上没必要使用10层PCB

实际上P456是在P393的基础上稍作修改而开发的,所以沿用了8800GTS/GT的10层PCB设计,其实对于功耗发热更低的9600GT来说,根本没有必要使用10层PCB,8层已经是绰绰有余了。

非公版9600GT的代表作:豪华的8层PCB

因此,市面上很多非公版9600GT都采用了8层PCB设计方案,这样适当的减层设计并不会对显卡的稳定性、超频、品质造成负面影响,反倒是可以增添新功能、加强供电、提高超频能力,而且合理的用料以更低的成本实现了更高的性能,是极具性价比之选。

现在我们就以七彩虹9600GT冰封骑士为例,向大家说明9600GT为什么要用8层PCB,而不用10层或6层?

● 第一层:Top层(显卡正面层)

主要走显存的CMD线、PCIE信号线、所有贴片元件和芯片的焊点等。

● 第二层:GND1(接地层1)

整层接地

● 第三层:Int1(显存数据线层1)

主要是走显存的数据线、DQS、SLI接口和IO输出的线等。

● 第四层:Vcc1(GPU供电层)

主要是电源层,主要是NVVDD(给GPU供电),12V,3.3V等,也有少量的GPIO走线。

● 第五层:Vcc2(显存供电层)

也是电源层,主要是FBVDD(给Memory供电),12V等

● 第六层:Int2(显存数据线层2)

也是走线层,主要是Memory的数据线,CLK,DQS,SLI等

● 第七层:Gnd2(接地层2)

同第二层相同,整层铺地线

● 第八层:Bottom(显卡背面层)

主要也是走线,PCIE 的差分线、显存的CMD线、插件元件和芯片焊点等。

● 小结:

通过层层分解8层PCB的布线就可以发现,供电就占用了两层,显存数据线也是两层,两层接地,再加上正反两面是必不可少的两层,PCB之间各司其职、环环相扣,8层PCB是一种相当完美的设计方案。

如果想要把96GT做成6层PCB,就必须压缩供电、显存或接地层,这样供电电流就不够纯净,显卡在高频下的稳定性和良品率会降低,而且可能无法通过EMI测试,不过一般性使用应该没什么问题。

由于用户对显卡的要求越来越高,千篇一律的公版卡已经无法满足所有人的需要,而且多数厂商也不愿意使用公版PCB,因为成本高、功能少、性能也一般。因此大家就会发现这样一种现象,在一款新品(如9600GT)发布的第一个月内,基本上就是公版卡的天下,因为公版卡无需重新设计拿来就能用,可以迅速出货抢市场。而在稍后的第二个月甚至第三个月,非公版设计就如雨后春笋般冒出来,这也代表着该产品正式走入成熟期,不但性能被完全释放,而且价格也更加平易近人,是出手购买的最佳时期!

现在市面上的非公版显卡是五花八门,这对于广大用户来说既有利也有弊。好处就是有了非常多的选择方案,坏处就是不同型号的品质良莠不齐。那么,我们该如何分辨非公版显卡的层数及优劣?

● 如何识别显卡PCB的层数?

理论上,PCB是多少层可以数出来的,因为PCB实际上就是绝缘层和线路层粘合压制而成的,类似于建材用的那种多层胶合板,只不过PCB通常都是偶数而胶合板是奇数。在PCB断面可以分辨出绝缘层和线路层的材质明显不同,但是6层以上的PCB粘合非常严密,肉眼基本无法分辨率,除非借助高倍放大镜或者显微镜。

既然肉眼无法分辨,就只能通过经验或者表象来“估算”了,公版PCB的层数是固定的,有些非公版只是在公版的基础上进行了小幅改进(大多针对供电模块),如果看上去比较相似的话,其层数必然和公版完全相同。

8层PCB:显存数据线都在内层 6层PCB:显存数据线在表层

通过前面对8层PCB 96GT的解剖可以看出,想要对256Bit显卡的PCB进行压缩,就不得不对显存布线下手,因此6层板的显存数据线有绝大多数分布在显卡正反两面的表层,这个一眼就能看出,很容易分辨。

对于128Bit的中端卡来说,通过显存数据线分辨PCB层数同样是一个行之有效的方法,数据线隐藏在内层的一般就是6层,表层的就是4层。

● 如何判断显卡PCB的优劣?

一款PCB需要经过各种各样非常严格的测试才能得出其性能和稳定性的表现,很难通过外观辨别其优劣。但是对于普通用户来说,也只能通过其外观来鉴别。如果连外观都有问题的PCB,质量也不一定能控制好。事实上,很多低价显卡的PCB都或多或少的存在这些问题:

1)、

边角上是否有毛刺:优质PCB横断面非常光滑,绝对看不出绝缘层,只有在特殊位置(一般在接口金手指附近)留有茬口;

2)、

PCB板韧性:优质PCB的各层之间粘合非常紧密,相对来说不易弯曲,这个只有拿两块PCB做对比才能感觉出来;

3)、

供电模块的位置:几乎所有公版卡都将供电设计在远离接口的位置,而且元件排列整齐划一,这样可以有效降低干扰;

4)、

终结电阻的数量:为了防止数据线终端反射信号,GPU和显存周围都会安置密密麻麻的小电阻,这些电阻即使省掉可能也不影响使用,但对长期运行会造成隐患,稳定性大打折扣;

5)、

焊点是否良好

6)、

观察板面是否平整、均匀

一块光亮整洁、板卡周边无毛刺、无颜色偏差现象、PCB焊接饱满、均匀、供电整齐划一、元件密密麻麻的PCB才是上佳之作。

● 玩家也能参与PCB设计?供电相数PCB层数居然能定制!

在大家为公版还是非公版、10层8层或6层、3相还是2相供电争论得面红耳赤的时候,我们发现一种新的显卡模式惊现网络,这种称为“One-to-One定制模式”的显卡品牌iGame,能够让玩家自己“订制”显卡的PCB层数和供电相数,甚至PCB颜色、输出接口这些细微的东西都能从自己的需求出发选择!

萝卜青菜、各有所爱。世界上没有最完美的设计,只有最适合用户胃口的产品。您到底喜欢显卡采用什么样的配置呢?有兴趣的话不妨按照“九大模块可定制!iGame官网抢先揭秘”一文的方法,亲自去igame.colorful.cn定制一款,希望本文关于PCB部分的介绍能够帮助大家在今后购买显卡时做出正确的选择!

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